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水下潜航器模拟仿真训练系统-遥控潜水器虚拟仿真训练系统

发布时间:2024-05-23

编辑人:灵图互动

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水下潜航器模拟仿真训练系统以潜航器运动的数学模型作为基础,紧密结合操纵人员的实际操作流程,借助虚拟现实仿真技术于计算机上构建出极为逼真的海洋环境与操纵训练环境,对潜航器的车、舵、水、气等操纵装置的操控过程以及潜航器的操纵运动过程予以模拟,针对操纵人员开展潜航器操舵、均衡、潜浮以及悬停等航行操纵的模拟训练与评估,以此提升培训效率、降低训练成本与风险,同时减轻训练对环境造成的影响,满足操纵人员在正常工况、特殊工况和应急工况下的训练需求,这对于增强操纵人员的正常操纵水平以及应急操纵能力有着极为重要的意义。

水下潜航器模拟仿真训练系统

1. 水下潜航器模拟仿真训练系统的建设内容

水下潜航器模拟仿真训练系统由虚拟操纵模拟子系统、运动模拟及评估子系统以及视景生成子系统等部分共同组成。

1.1 虚拟操纵模拟子系统

虚拟操纵模拟子系统主要对潜航器操纵控制设备的操纵控制功能予以模拟,达成操舵、均衡、潜浮、悬停等人工与自动控制,模拟实现舵机、阀、主机等控制执行机构的控制过程,通过操舵模拟台、均衡操纵模拟台、悬停操纵模拟台、潜浮操纵模拟台、执行机构模拟器以及传感器模拟器来实现。

1.2 运动模拟及评估子系统

运动模拟及评估子系统主要实现训练模式的设定、潜航器六自由度运动的实时模拟、训练数据的记录以及训练效果的评估等功能,由潜航器运动模拟器以及仿真管理计算机来实现。

1.3 视景生成子系统视景生成子系统

用于生成并展示潜航器六自由度运动的二维图文显示以及三维姿态和海洋环境等视景显示,同时能够设定天气、能见度以及其他环境参数,由视景生成与显示装置来实现。

水下潜航器模拟仿真训练系统的建设内容

2. 水下潜航器模拟仿真训练系统的功能

水下潜航器模拟仿真训练系统的功能主要涵盖操纵控制、实时模拟、实时仿真与仿真状态设置、考核管理、可视化展示等。

2.1 操纵控制

潜航器操纵控制装备的操纵控制功能包括:航向操纵控制、深度操纵控制、均衡控制、悬停控制功能以及故障和危险状态报警等。

2.2 实时模拟

对控制执行机构(舵机、阀门、主机电机等)的操纵过程以及传感器信号(深度传感器、倾角传感器、综导信号、惯导信号等)的实时模拟功能。

2.3 实时仿真及状态设置

实现潜航器六自由度运动的实时仿真和仿真状态设置、故障状态(舵卡或进水)设置以及实时仿真功能等。

2.4 考核管理

模拟仿真运行管理与训练效果评估功能:涵盖任务规划、训练科目设置、仿真过程管理和实时监控、仿真过程的记录与回放、训练结果的分析与评估等。

2.5 可视化展示

可视化信息显示功能:达成训练场景的二维态势显示和三维姿态和海洋环境等视景显示,控制和运动参数的实时显示等。

水下潜航器模拟仿真训练系统的功能

3. 水下潜航器模拟仿真训练系统的设计

水下潜航器模拟仿真训练系统设计的重点主要包含虚拟控制面板与虚拟仪表设计、水下潜航器模拟仿真训练系统视景的实现这两部分。

3.1 虚拟控制面板和虚拟仪表设计

操舵、均衡、悬停、潜浮操纵模拟台作为训练操作的直接对象,要求其功能和操作感受与实艇装备基本一致,故而,对操纵台上的各控制和显示面板均采用模块化设计,除操纵手柄或操作旋扭外,各按键、键盘、显示仪表等均通过虚拟技术来实现,以便于进行灵活的配置与重组。执行机构模拟器和传感器模拟器由软件实现,其仿真模型能够进行选择与配置。

操纵模拟台的虚拟面板、虚拟仪表采用 GDI+工具来实现,显示信息通过网络通讯实时更新。通过设置光滑绘制模式,实现虚拟仪表的高高质量、高精度显示。对于多层刻度表盘的不同数据显示,通过采用双缓存技术提高图像绘制效率,避免屏幕闪烁。

3.2 水下潜航器模拟仿真训练系统视景的实现

水下潜航器模拟仿真训练系统的视景显示涵盖了二维态势显示与三维视景显示。二维态势显示主要通过图文形式呈现潜航器的运动参数、操纵控制参数以及仿真过程参数等。三维视景显示以视景仿真数据库为基石,借助 3D 技术生动逼真地生成潜航器水面及水下运动、发射武器等场景。其中包括水下环境模拟,通过光照以及参照物等手段真实地模拟潜航器水下航行效果、运动所产生的泡沫、发射武器效果、潜航器运动的三维轨迹特效以及显示潜航器的姿态等。

水下潜航器模拟仿真训练系统借助逼真的潜航器外部三维造型设计以及内部二维控制面板设计,能够全方位模拟潜航器任意自由度的实时运动以及武器系统发射鱼雷或导弹,对于艇上出现卡舵、破损进水等紧急状况也能进行如实模拟。其不但能够为操艇人员提供操纵训练环境,还能为操纵控制系统的顶层设计以及性能优化的仿真提供平台。

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